文/ 白林紅

中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團隊首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，旨在最終培育出新型多倍體水稻作物，從而大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。該項研究為未來糧食危機應(yīng)對提出了一種新的可行策略，開辟了全新的作物育種方向，是該領(lǐng)域的一項重大突破性進展，未來四倍體水稻新作物的成功培育，有望對世界糧食生產(chǎn)帶來顛覆性的革命。這一研究成果已在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》發(fā)表。

隨著世界人口的快速增長，至2050 年，糧食產(chǎn)量需要再增加50%才能完全滿足需求，如何進一步提高作物單產(chǎn)是亟待解決的嚴(yán)峻問題。近年來，世界氣候變化加劇，全球氣候變暖，極端天氣頻發(fā)都為糧食安全帶來了巨大挑戰(zhàn)。水稻是世界最主要的糧食作物之一，為全世界一半以上的人口提供主糧。雖然我國在水稻育種中取得了輝煌的成就，但仍然迫切需要新策略來應(yīng)對未來的糧食挑戰(zhàn)。

當(dāng)前的栽培稻是從祖先二倍體野生稻經(jīng)過數(shù)千年的人工馴化而來，馴化過程在改良重要農(nóng)藝性狀的同時造成了遺傳多樣性的大量丟失。除了二倍體栽培稻，稻屬還有其他25 種野生植物，按照基因組特征又可以分成11 類，包括6 類二倍體基因組和5 類四倍體基因組。其中異源四倍體野生稻具有生物量大、自帶雜種優(yōu)勢、環(huán)境適應(yīng)能力強等優(yōu)勢，但同時也具有非馴化特征，無法進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

為攻克創(chuàng)制多倍體水稻新作物的難題，李家洋院士所帶領(lǐng)的研究團隊首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，并分為了“四個階段”：第一階段，收集并篩選綜合性狀最佳的異源四倍體野生稻底盤種質(zhì)資源；第二階段，建立野生稻快速從頭馴化技術(shù)體系，其中包括三個核心點，即高質(zhì)量參考基因組的繪制和基因功能注釋，高效遺傳轉(zhuǎn)化體系，和高效基因組編輯技術(shù)體系；第三階段，品種分子設(shè)計與快速馴化，包括重要農(nóng)藝性狀基因注釋及基于基因組信息的品種分子設(shè)計，重要農(nóng)藝性狀基因的功能驗證，多基因編輯及聚合，及田間綜合性狀評估；第四階段，新型水稻作物推廣應(yīng)用。

最終，該團隊實現(xiàn)材料收集，攻破技術(shù)瓶頸，成功創(chuàng)制了落粒性降低、芒長變短、株高降低、粒長變長、莖稈變粗、抽穗時間不同程度縮短的各種基因編輯源四倍體野生稻材料，證明該團隊提出的異源四倍體野生稻快速從頭馴化策略高度可行，對未來創(chuàng)制培育新的作物種類具有重要意義。